bai tap lon do luong và cảm biến

LỜI NĨI ĐẦU Cân tơ trở thành vấn đề cấp thiết , trang bị cho nhà máy chế biến dùng cân hàng hóa quản lí xuất nhập khẩu, nguyên vật liệu Việc cân khối lượng lớn, đảm bảo thời gian nhanh nhu cầu cần thiết cho bến cảng, nhà máy sản xuất, đơn vị vận chuyển, đơn vị kiểm tra tải… Muốn biết khối lượng hàng hố thơng thường thực phép tính tương đối thơng qua việc cân toàn tải trọng xe Nghiên cứu, tìm hiểu hệ thống tự động cân tải trọng xe tơ sử dụng điều khiển khả trình hướng để giải vấn đề tự động hố thực tế Trên sở đó, chúng em phân tích xây dựng hệ thống cân kiểm tra tải trọng tải ô tô Bài làm gồm phần chính:  Chương 1: Tổng quan hệ thống cân tải trọng nhiệm vụ đề tài  Chương 2: Xây dựng hệ thống cân tải trọng ô tô tính chọn thiết bị theo yêu cầu tập  Chương 3: Kết (là làm được, chưa làm được, lí do) Vì kinh nghiệm kiến thức thân hạn hẹp, nên q trình làm chúng em khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận đóng góp ý kiến từ phía thầy Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: Tổng quan hệ thống cân tải trọng 1 Hệ thống cân sử dụng cảm biến lực (LOADCELL) .1 Khâu cảm biến hệ thống 1.2.1 Cấu tạo nguyên lí Loadcell .2 1.2.2 Một số loadcell thực tế thông số kĩ thuật .5 1.2.3 Bàn cân .6 1.2.4 Cách bố trí Loadcell 1.2.5 Hộp cộng tín hiệu (Junction box) Khâu hiển thị hệ thống 10 Khâu xử lí số liệu 12 Khâu khuếch đại tín hiệu 12 5.1 Bộ khuếch đại đảo .12 5.2 Bộ khuếch đại không đảo 12 5.3 Mạch khuếch đại dùng cho tín hiệu vi sai 13 Kết luận 14 Chương 2: Xây dựng hệ thống cân tải trọng ô tơ tính chọn thiết bị theo u cầu tập 15 2.1 Mơ hình hệ thống 15 2.2 Các thiết bị hệ thống 16 2.3 Lựa chọn thông số thiết bị hệ thống 17 2.3.1 Lựa chọn kiểu hầm móng 17 2.3.2 Lựa chọn kích thước bàn cân 17 2.3.3 Lựa chọn cảm biến lực Loadcell 18 2.3.4 Lựa chọn hình hiển thị lớn (LED) 19 2.3.5 Lựa chọn hộp cộng tín hiệu (Junction box) 19 2.3.6 Lựa chọn đầu cân 19 2.3.7 Lựa chọn cảm biến vị trí 20 2.3.8 Lựa chọn thiết bị camera, máy vi tính máy in 21 Chương 3: KẾT LUẬN .22 Chương 1: Tổng quan hệ thống cân tải trọng Nhiệm vụ đề tài Nhiệm vụ:Trong phần chúng em tìm hiểu tổng quan hệ thống, tìm hiểu sơ lược khâu hệ thống Hệ thống cân sử dụng cảm biến lực (LOADCELL) Sơ đồ khối hệ thống cân điện tử sau: Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống cân điện tử Nguyên lí hoạt động: Dưới tác dụng khối lượng đặt bên trên, loadcell chuyển thành tín hiệu điện ngõ Tín hiệu điện nhỏ khuếch đại lên nhiều lần trước đưa vào chuyển đổi A/D để chuyển thành tín hiệu số đưa xử lý để xử lý theo chương trình có sẵn hiển thị có thêm việc in ấn Tất khâu có nguồn cung cấp, xử lí phải có thêm nhớ Do tính linh hoạt xử lý, tùy theo mục đích cụ thể mà chương trình viết cho xử lý khác Do đó, hệ thống cân ứng dụng nhiều lĩnh vực có liên quan đến việc đo khối lượng Khâu cảm biến hệ thống  Đối tượng sử dụng khâu: Cảm biến lực dùng việc đo khối lượng sử dụng phổ biến loadcell Đây kiểu cảm biến lực biến dạng  Chức khâu cảm biến: đưa tín hiệu điện tỉ lệ với lực tác động lên cảm biến 1.2.1 Cấu tạo nguyên lí Loadcell 1.2.1.1 Cấu tạo Bộ phận loadcell điện trở mỏng loại dán Tấm điện trở phương tiện để biến đổi biến dạng bé thành thay đổi tương ứng điện trở Có hai loại điện trở dán dùng làm cảm biến lực dịch chuyển: loại liên kết loại không liên kết Tấm điện trở liên kết dùng để đo độ biến dạng vị trí xác định bề mặt phận đàn hồi Điện trở dán trực tiếp vào điểm cần đo biến dạng vật đàn hồi Biến dạng truyền trực tiếp vào điện trở làm thay đổi giá trị điện trở tương ứng Hình 1.2: Tấm điện trở (Strain Gauge) mỏng loại dán cảm biến Đòn cân cấu tạo hai thành phần, thành phần thứ “Strain Gauge” thành phần lại “Load” Strain Gauge điện trở đặc biệt có điện trở thay đổi bị nén hay kéo dãn nuôi nguồn điện ổn định, dán chết lên Load, nghĩa kim loại chịu tải Hình 1.3a: Thanh Kim loại chịu tải (Load) dán điện trở dán Thanh kim loại đầu gắn cố định, đầu lại tự gắn với mặt bàn cân (Đĩa cân) Khi ta bỏ khối lượng lên đĩa , kim loại bị uốn cong trọng lượng khối lượng cân gây Khi kim loại bị uốn, điện trở Strain Gauge bị kéo dãn thay đổi điện trở Như vậy, đặt vật cân lên bàn cân, tùy theo khối lượng vật mà Load, kim loại bị uốn lượng tương ứng lượng đo lường qua thay đổi điện trở Strain Gauge Thông thường, kim loại cấu tạo cho bất chấp vị trí ta đặt vật cân lên bàn/ đĩa, cho mức độ bị uốn Hình 1.3b: Hình dạng số loại loadcell có tải trọng lớn 1.2.1.2 Nguyên lí làm việc cảm biến lực (loadcell) Cấu tạo loadcell gồm điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4 kết nối thành cầu điện trở Wheatstone ( cầu cân bằng) hình dán vào bề mặt thân load cell Hình 1.4: Nguyên lí hoạt động cảm biến loadcell sử dụng cầu cân Nguyên lý hoạt động loadcell Khi trụ thép chịu lực tác dụng (lúc trọng tải xe) bị biến dạng theo trục khác làm cho áp trợ gắn trục biến dạng theo Điện trở áp áp trở tăng lên đồng thời áp trở hạ xuống đại lượng Lúc điện áp Ur tính theo cơng thức: Ura=e R Trong đó: R: điện trở ban đầu áp trở : độ biến thiên điện trở áp trở có biến dạng Điện áp Ura tỉ lệ với lực tác động (trọng lượng xe cân ô tô) Sự thay đổi điện áp tín hiệu Loadcell mà ta cần Tín hiệu truyền đến hộp nối dây (junction box) Đây tín hiệu tương tự Analog Công nghệ giới thiệu công nghệ analog Ngồi nay, ngồi cơng nghệ analog, hệ thống cân tơ sử dụng cơng nghệ Digital – Cơng nghệ số Hình 2.1 : Loadcell digital Loadcell Digital có vi xử lý riêng với cơng nghệ kỹ thuật số, tín hiệu xuất tín hiệu số Ngồi Loadcell digital có chống sét riêng nên hoạt động tốt ngày mưa bão 1.2.2 Một số loadcell thực tế thơng số kĩ thuật Có nhiều loại loadcell hãng sản xuất khác KUBOTA (Nhật), Global Weighing (Hàn Quốc), Transducer Techniques.Inc, TedeaHuntleigh Mỗi loại loadcell chế tạo cho yêu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng, chịu lực kéo hay nén Tùy hãng sản xuất mà đầu dây loadcell có màu sắc khác Có thể kể sau: Hình 1.5 sơ đồ chân tín hiệu từ loadcell Một số màu thơng dụng đầu dây tín hiệu loadcell: Exc+ Exc- dây điện áp thay đổi Sig+ Sig- dây cấp nguồn vào cho loadcell Hình 1.6 Các loại loadcell thực tế Thông số kỹ thuật loại loadcell cho catalogue loadcell thường có thơng số như: tải trọng danh định, điện áp danh định (giá trị từ miliVolt / Volt đến miliVolt/Volt tuỳ loại loadcell), tầm nhiệt độ hoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ Vì Loadcell có độ nhạy khác cho dù dùng loại, nên Junction box có bốn biến trở điều chỉnh để loadcell sai lệch điện áp tải trọng Các biến trở mắc vào nguồn cung cấp cho loadcell thay đổi áp nguồn cung cấp làm thay đổi tín hiệu điện áp Ngòai để cộng tín hiệu lại với nhau, người ta dùng thêm điện trở mắc ngõ loadcell Sơ đồ nguyên lý kết nối sau: Tín hiệu hộp cộng tín hiệu loadcell chuyển đến đầu cân Khâu hiển thị hệ thống 3.1 Thiết bị thị khối lượng (Weighing Indicator) Chức năng: chức đầu cân lấy tín hiệu điện áp từ Loadcell thơng qua hộp cộng tín hiệu thực việc chuyển đổi A/D thông qua A/D ( Analog/Digital) sau xử lý tín hiệu số hiển thị khối lượng cân đèn Led đoạn hình tinh thể lỏng, truyền liệu máy tính máy in Để thực chức với độ xác cao, đầu cân phải có nguồn chuẩn ổn định cấp cho loadcell A/D Hình 1.12: Bộ hiển thị led đoạn 12 Hình 1.13 Đầu Cân AD_4323 3.2 Quản lí trạm cân máy tính Mặc dù số đầu cân có chức in ấn, để in bảng báo cáo phiếu xuất kho, tính giá tiền cho khối lượng hàng cân cách tự động, chức lưu trữ liệu thành file … trang bị máy tính cho trạm cân yêu cầu cần thiết Số liệu cân từ đầu cân truyền máy tính thường mã ASCII theo chuẩn RS232 RS485 Chương trình viết cho máy tính thường để giá trị hình Tùy theo yêu cầu cụ thể nhà máy trạm cân mà chương trình viết cho in bảng báo cáo khác theo mẫu quy định sẵn nhà máy Các bảng báo cáo lưu lại thành file máy tính để cần thiết gọi Ngồi chương trình máy tính cho biết số xe cân ngày với tên khách hàng biển số xe tổng lượng hàng xuất hay nhập ngày, tháng, năm… chí phát xe chở hàng tải Hơn liệu truyền trung tâm xử lý máy tính nối mạng Tất công việc tùy theo yêu cầu trạm cân mà viết chương trình cho máy tính phù hợp 13 Hình 1.14: Máy tính quản lí trạm cân Khâu xử lí số liệu Tùy theo yêu cầu mục đích ứng dụng, khối xử lý dùng vi xử lý, máy tính hay PLC … Nếu xử lý sử dụng vi xử lý có thêm khối truyền liệu máy tính, có khối in ấn khơng tùy mục đích sử dụng Nếu sử dụng PLC dùng phần mềm dao diện SCADA Khâu khuếch đại tín hiệu Do tín hiệu đầu Loadcell nhỏ, thường từ (2-3) mV nên để xử lý nhận tín hiệu theo chuẩn cần phải có mạch khuếch đại điện áp Sau số mạch khuếch đại thường dùng 5.1 Bộ khuếch đại đảo Ta thấy tín hiệu điện áp UI từ hộp cộng tín hiệu loadcell đưa đến cửa vào đảo mạch khuếch đại đảo dùng để khuếch đại tín hiệu loadcell lên nhiều lần 5.2 Bộ khuếch đại không đảo Tương tự kđ đảo, tín hiệu từ cộng tín hiệu đưa vào cửa khơng đảo kđtt 14 Vì hệ số khuếch đại hai mạch khuếch đại phụ thuộc vào giá trị phần tử mạch nên ta chọn thơng số điện trở để có hệ sô khuếch đại mong muốn 5.3 Mạch khuếch đại dùng cho tín hiệu vi sai Trong ứng dụng đo lường, ta cần phải đo điện áp vi sai nhỏ trường hợp đo điện áp loadcell ví dụ, tín hiệu khơng phải so sánh với mass Để đo tín hiệu loại cần có mạch đo sau: Hình 1.15: Mạch khuếch đại vi sai Ta có hệ số khuếch đại: 15 Hệ số khuếch đại thay đổi cách dùng biến trở R1 thay cho điện trở cố định R1 Kết luận Trong chương chúng em nêu tổng quan hệ thống cân tải trọng ô tô, gồm sơ đồ khối, nguyên lí, chi tiết khâu trạm cân Làm tảng sở cho việc lựa chọn thiết bị tính tốn cho trạm cân phần 16 Chương 2: Xây dựng hệ thống cân tải trọng tơ tính ch ọn thi ết b ị theo yêu cầu tập Yêu cầu đề tài: Xây dựng hệ thống cân tải trọng ô tô với:  Dải cân: 50-150  Bàn cân: Kim loại  Sai số phép đo: 0,1 % 2.1 Mơ hình hệ thống Hình 2.1: Xây dựng mơ hình hệ thống cân 17 Hình 2.2: Sơ đồ đấu nối hệ thống 2.2 Các thiết bị hệ thống - Tích hợp camera gồm camera tự động: toàn cảnh, biển số trước, biển số sau - Có cảm biến vị trí xác định vị trí xe hợp lệ bàn cân - Có chức ổn định trọng lượng cân - Ở đầu cân có tính chống reset zero đồng hồ cân -Sừ dụng máy tính quản lí trạm cân Giám sát từ xa camera tồn cảnh, lưu lại thơng tin quan trọng - bảng LED hiển thị số cân - máy in dùng để in phiếu cân - bàn cân Kim loại - hộp cộng tín hiệu (Junction box) - cảm biến lực Loadcell - Các thiết bị phụ trợ kèm theo: chống sét, cáp điện, giảm chấn Chức thiết bị: Tên Chức Bộ cảm biến lực Cảm biến áp lực trọng tải (loadcell) xe truyền tín hiệu đầu cân Hộp cộng tín hiệu Do sử dụng loadcell (Junction box) hệ thống cân nên cần phải cộng tín hiệu trước đưa đầu cân để xử lý Bàn cân kim loại Dùng xe ô tô lên để cảm biến đo trọng lượng Máy in Dùng in phiếu cân Bảng LED Hiển thị số cân Máy tính Quản lí trạm cân Đầu cân Lấy tín hiệu điện áp từ Loadcell thơng qua hộp cộng tín hiệu thực việc chuyển đổi A/D thông qua A/D sau xử lý tín hiệu số hiển thị khối lượng cân 18 Số lượng 1 1 1 đèn Led đoạn truyền liệu máy tính máy in Cảm biến vị trí Camera Xác định vị trí xe hợp lệ bàn cân Xác định tồn cảnh , tự động nhớ biển số trước, sau Gửi liệu nhớ máy tính 2.3 Lựa chọn thông số thiết bị hệ thống 2.3.1 Lựa chọn kiểu hầm móng Cân tải trọng thường đặt đồng nên để dễ cho bảo trì sửa chữa nên chọn kiểu cân Hình 2.3 Kiểu cân lựa chọn cho hệ thống kiểu cân 2.3.2 Lựa chọn kích thước bàn cân Vì đề tài yêu cầu dải cân 50-150 chúng em chọn bàn cân có kích thước chuẩn 3x18m với mức cân max= 150 Vì với bàn cân cần bố trí cảm biến lực Loadcell Vậy chúng em chọn bàn cân WB 600 Công ty TNHH Quốc Hùng sản xuất -Thông số thêm cho bàn cân: - Quá tải max : 150% mức tải max - Môi trường hoạt động: -10°C đến 40°C 19 2.3.3 Lựa chọn cảm biến lực Loadcell Hiện Mettler – Toledo tập đoàn hang đầu TG lĩnh vực nên thiết bị đồng hãng đảm bảo tương thích thiết bị Yêu cầu dải cân 150 tấn, chúng em chọn loại loadcell 0782/GD: số lượng Hình 2.4: Ảnh thực tế Loadcell 0782/GD hãng mettler-Toledo Tên thiết bị Bộ cảm biến lực (6 Model 0782 – 150T 20 Hãng SX Mettler – Toledo loadcell) Chỉ thị cân (Indicator) 8142 Pro KingBrid Bảng đèn led hiển thị phụ Hộp nối dây (Junction Mettler – Toledo Mettler – Toledo Mettler – Toledo Box) Bộ chống sét Mettler – Toledo Các đặc tính thiết bị sau : + Cảm biến lực Loadcell ( model 0782) - Tải trọng 150 tấn/1 - Khả chịu tải: 150% tải trọng - Độ nhạy: 2mV/V - Sai số tuyến tính: 0,02% R.O - Sai số lặp lại: 0,02/0,01% R.O - Cấp xác: Theo chuẩn quốc tế OIML, NTEP - Nhiệt độ làm việc: -100C đến 400C - Chịu biến thiên nhiệt: -300C đến 700C - Nguồn cung cấp: – 15 VDC - Cấp bảo vệ tiêu chuẩn IP 68 + Chỉ thị cân (Indicator) - Độ phân giải theo tiêu chẩn TCCE, OMIL - Hiển thị chữ số, hình Katot hiển thi khối lượng tinh, tổng, thực - Có khả lập trình - Cổng kết nối vi tính RS 232/485/422 - Nhiệt độ làm việc: 100VDC – 200VAC + Bnagr Led hiển thị phụ - Hiển thị số, số lớn, rõ, đẹp - Khả nhìn xa>= 20m - Cổng kết nối vi tính RS 232 - Nguồn cấp 220VAC/50Hz + Hộp nối dây - Vỏ sơn tĩnh điện, chống gỉ - Dây tín hiệu bảo vệ ống sắt - Cấp bảo vệ tiêu chuẩn IP 68 + Bộ chống sét - Khả cắt dòng sét 40KA - Chống sét cho dây pha dây trung tính 21 2.3.4 Lựa chọn hình hiển thị lớn (LED) - Chiều cao Led: 12,5cm (YHL-5) - Hãng sản xuất: Mettler Toledo (có cổng kết nối RS232) - Vỏ thép sơn tĩnh điện - Nguồn điện: 220VAC/50Hz - Vị trí lắp đặt: Sử dụng led để lái xe quan sát kết cân mà khơng cần phải xuống xe Hình 2.5 Màn hình hiển thị số cân LED 2.3.5 Lựa chọn hộp cộng tín hiệu (Junction box) - Do sử dụng loadcell hệ thống cân nên cần phải cộng tín hiệu trước đưa đầu cân để xử lý - Chúng em chọn hộp cộng tín hiệu Mettler Toledo - Vị trí lắp đặt: Dưới bàn cân Hình 2.6: Hộp cộng tín hiệu chọn 2.3.6 Lựa chọn đầu cân Lấy tín hiệu điện áp từ Loadcell thơng qua hộp cộng tín hiệu thực việc chuyển đổi A/D thơng qua A/D sau xử lý tín hiệu số hiển thị khối 22 lượng cân đèn Led đoạn truyền liệu máy tính máy in Tính chọn: Chúng em chọn đầu cân AD 4401 Japan sản xuất Các tính năng: - Nhiều hỗ trợ kết nối: với máy tính, máy in hình hiển thị phụ Hình 2.7 Thơng số đầu cân chọn, kết nối với máy tính qua trạm cổng RS232, Giao tiếp với Loadcell 2.3.7 Lựa chọn cảm biến vị trí Ý tưởng cảm biến: Chúng em lựa chọn sử dụng cảm biến siêu âm Nguyên lý: xe vào bàn cân, ta cài đặt cảm biến siêu âm khoảng cách định để xe vào vị trí hợp lệ để cân, xe vào cảm biến gửi tín hiệu điện vi xử lí máy tính thơng báo vào vị trí Và xe bắt đầu cân 23 Nguyên lí cảm biến siêu âm: dựa nguyên lí vận tốc âm số thời gian sóng âm từ cảm biến đến đối tượng quay trở lại liện hệ trực tiếp đến độ dài quãng đường Từ chúng em lựa chọn cảm biến siêu âm CMR+ 340 Khoảng cách tối đa 5m, vị trí đặt: cách đầu xe xe vào 3m đặt đối diện xe vào với khoảng cách cài đặt 3m Hình 2.8 cảm biến siêu âm CRM+340 24 2.3.8 Lựa chọn thiết bị camera, máy vi tính máy in Có thể tùy chọn thiết bị theo yêu cầu kinh tế công ty đề Chương 3: KẾT LUẬN Trên toàn làm chúng em Với làm chúng em đạt số kết hạn chế sau:  Những làm được: Biết hệ thống chung cân điện tử, biết thêm thiết bị lĩnh vực cân điện tử Biết thêm tìm hiểu thêm cảm biến hệ thống Xây dựng tính chọn hệ thống cân tơ hồn chỉnh với vấn đề tự động hóa trạm cân Hiểu Ngun lí khâu hệ thống  Với thân nhóm chúng em: Nâng cao kĩ làm việc nhóm Tích lũy thêm kiến thức bổ ích  Những chưa làm lí do: Chưa hiểu vấn đề phần mềm quản lí trạm cân máy tính Thiếu kinh nghiệm thực tế việc sử dụng thiết bị Chưa hình dung đấu nối thiết bị xong cài đặt ntn để hệ thống vận hành hiệu quả? Do kiến thức thực tế nhóm chúng em nhiều sai sót hạn hẹp nên nhóm chúng em mong giúp đỡ từ thầy để nhóm chúng em hoan thiện có kiến thức tốt Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn Nhóm thực Nhóm 25 26 ... chọn cảm biến vị trí Ý tưởng cảm biến: Chúng em lựa chọn sử dụng cảm biến siêu âm Nguyên lý: xe vào bàn cân, ta cài đặt cảm biến siêu âm khoảng cách định để xe vào vị trí hợp lệ để cân, xe vào cảm. .. đo khối lượng sử dụng phổ biến loadcell Đây kiểu cảm biến lực biến dạng  Chức khâu cảm biến: đưa tín hiệu điện tỉ lệ với lực tác động lên cảm biến 1.2.1 Cấu tạo nguyên lí Loadcell 1.2.1.1 Cấu... cân, xe vào cảm biến gửi tín hiệu điện vi xử lí máy tính thơng báo vào vị trí Và xe bắt đầu cân 23 Nguyên lí cảm biến siêu âm: dựa nguyên lí vận tốc âm số thời gian sóng âm từ cảm biến đến đối tượng